基于声呐图像的水下目标识别研究综述

水下目标识别是水下无人探测的一项核心技术,在军事和民用领域都有重要的应用。根据当前的水下目标识别研究进展,全面阐述基于声呐图像的水下目标识别原理和方法,对总结研究现状、发现存在的问题以及挖掘潜在的研究方向具有积极意义。针对基于声呐图像的水下目标识别问题,论述了图像去噪、图像分割以及水下目标识别等方面的主要进展,阐述了基于深度学习实现声呐图像目标识别的最新技术发展现状。通过对水下目标处理过程的讨论和分析,指出基于声呐图像的水下目标识别算法中亟需解决的关键科学问题及可能的解决思路,并对该领域的未来发展方向做了进一步的展望。     

后向散射强度与温跃层关系研究

2003年8月12-13日，用300kHz的坐底式声学多普勒海流剖面仪(ADCP)在台湾海峡北部海区进行了观测。根据回声强度计算得到的后向散射强度具有明显的日变化，这是浮游动物的垂直迁移造成的。此外，后向散射强度还与叶绿素、浊度和温度梯度有关，其中叶绿素、浊度和温度梯度对后向散射强度的贡献分别是1．41，7．73和3．54dB。温度梯度最大值的深度与后向散射强度第一个峰值的深度一致，故根据后向散射强度能推断出温跃层的位置。     

复合雷达后向散射模型与合成孔径雷达、散射计和高度计海面雷达后向散射观测的比较分析

海洋微波散射模型相比于以经验统计建立的地球物理模式函数具有不受特定微波频率限制的优势。组合布拉格散射模型和几何光学模型形成了复合雷达后向散射模型。利用南海北部气象浮标2014年海面风速风向实测值作为散射模型输入,分别比较了复合雷达后向散射模型与RADARSAT-2卫星C波段SAR、HY-2A卫星Ku波段微波散射计的海面后向散射系数,偏差分别为(?0.22±1.88) dB (SAR)、(0.33±2.71) dB (散射计VV极化）和(?1.35±2.88) dB (散射计HH极化);以美国浮标数据中心(NDBC)浮标2011年10月1日至2014年9月30日共3年的海面风速、风向实测值作为散射模型输入,分别比较了复合雷达后向散射模型与Jason-2、HY-2A卫星Ku波段高度计海面后向散射系数,偏差分别为(1.01±1.15) dB和(1.12±1.29) dB。中等入射角和垂直入射下的卫星传感器后向散射系数观测值与复合雷达后向散射模型模拟值比较,具有不同的偏差,但具有相同的海面风速检验精度,均方根误差小于1.71 m/s。结果表明,复合雷达后向散射模型可模拟计算星载SAR、散射计和高度计观测条件下的海面雷达后向散射系数,且与CMOD5、NSCAT-2、高度计业务化海面风速反演的地球物理模式函数的计算结果具有一致性;复合雷达后向散射模型可用于微波遥感器的定标与检验、海面雷达后向散射的模拟。     

黄东海海区悬浮颗粒物后向散射系数和后向散射比的空间分布规律研究

悬浮颗粒物在海洋光学特性中扮演着重要角色,后向散射系数是水色遥感反演中最主要的基础参数之一,因此对于悬浮颗粒物后向散射系数的研究具有重要意义。利用2003年4月黄东海春季航次测量的吸收、衰减和后向散射数据,研究该区域悬浮颗粒物后向散射系数和后向散射比的光谱特征以及空间分布规律。研究结果表明颗粒物后向散射系数光谱呈指数衰减且在垂直方向上与深度正相关;后向散射比的光谱具有波段特征;由于近岸颗粒物浓度大、粒径小,远岸颗粒物浓度小、粒径大以及湍流扰动的影响,导致后向散射系数和后向散射比呈现出在近岸海域较大而在远岸海域较小的空间分布规律。     

不同风区海面雷达后向散射的极化特征对比分析

通过对海南省南保港附近海面ＳＩＲ－Ｃ／Ｘ－ＳＡＲ全极化数据的定量研究,对比研究了该海面不同风区海面的全极化信息特征,定量分析了海面散射的极化信息和极化状态的空间结构情况：用散射矩阵的迹解释了不同海区的散射强度对应关系：对比海面散射极化响应可以确定不同成长类型的粗糙海面类型;用极化响应图的对称特点界定“长尺度”和“短尺度”海面;建立全极化海面散射模型。讨论了海面电磁散射的贡献与雷达系统参数之间的定量     

拉曼后向散射在海面检测及海面与陆地区分中的应用

给出了光散射、后向散射以及拉曼后向散射等基本概念,推导了后向散射截面与后向散射微分截面的基本关系,以及散射微分截面的计算公式。同时还得出了振动拉曼散射、振动一转动拉曼散射、转动拉曼散射、瑞利散射之间的关系。提出了利用647nm红光的拉曼后向散射检测海面以及区分海面与陆地的方法,可以有效地提高机载激光海洋测深的精度。     

水下极低频电磁信号探测中的海流感应电磁噪声压制

水下极低频电磁信号探测在深远海探测领域应用前景广阔,然而极低频电磁信号易受海流运动感应电磁噪声影响,为了拓展极低频电磁探测在海洋中的应用,需要通过信号处理的方式压制噪声,提高信号信噪比。小波分析具有多分辨率分析及时频局部化的优势,适于处理海水运动感应电磁噪声等非平稳信号,本文将海流感应电磁场特征引入小波分析中,基于正演模拟及小波系数分析确定阈值的小波阈值去噪方法压制噪声,利用合成的包含大地电磁信号、海流感应电磁噪声的极低频信号进行实验,并利用南黄海海域电磁信号探测试验数据进行验证。研究结果表明,噪声压制后的极低频信号信噪比明显提高,信号在时频域识别能力得到改善。     

具有泡沫白帽的粗糙海面的后向散射

本文用迭代法求解离散球形粒子的矢量辐射传输方程和随机粗糙界面的边界条件,得到了强风驱使下产生泡沫白帽散射粒子的双尺度随机粗糙海面模型的后向散射.利用修正的Cox和Munk的海面大尺度起伏概率密度函数和Pierson的海面波高谱,得到了后向散射的数值结果,定量地给出了后向散射和风场大小、方向、视角、极化等特征参数之间的函数关系,并与实验数据进行了很好的比较和讨论.     

石油类污染水体后向散射特性分析——以辽宁省盘锦市双台子河和绕阳河为例

水体悬浮物对溶解在水中的油及乳化油有吸附作用,这种作用会叠加在颗粒物上,对水体的后向散射系数产生影响,而水体后向散射系数是水色遥感的重要参数之一,对建立遥感反演石油类污染浓度半分析模型起着关键性的作用。根据2008年5月在辽宁省盘锦市辽河油田境内双台子河和绕阳河现场测定的水样,对水体组分进行浓度分析,并分别利用分光光度计及后向散射系数测量仪测定水色三要素的吸收系数和水体后向散射系数。根据获取的数据,对石油类污染水体后向散射特性进行分析,分别建立了(1)石油类污染水体后向散射系数光谱模型;(2)石油类污染水体和非石油类污染水体后向散射系数与无机悬浮物浓度的关系模型。研究结果表明:(1)在建立的后向散射系数光谱模型中,幂函数指数平均值为0.87;(2)从相关系数分析来看,对后向散射系数起主要作用的是无机悬浮物浓度,其次是石油类物质浓度,而有机悬浮物浓度几乎没有影响;(3)对于无石油类污染水体,后向散射系数与无机悬浮物浓度为对数关系模型,而与有石油类污染水体更接近线性关系模型。     

光学后向散射浊度仪简介及应用研究

主要介绍了进口光学散射浊度仪的结构、测量原理、校准，并对其误差和影响因素进行了分析，揭示了含沙浓度与浊度的相关关系，并结合在长江口中的应用提出其应用前景。     

子波变换在声散射信号降噪处理中的应用

本文概述了应用子波变换对悬浮物测量中的声散射信号进行处理的方法，利用子波变换对信号进行多尺度分解，降低噪声影响，提高信噪比，并对声散射信号降低噪声影响和提高悬浮物测量精度的研究进行了探讨。     

水声信号的一种非线性降噪方法

采用基于非线性动力学系统的局部投影非线性降噪理论,研究了水声信号的非线性降噪问题,并对传统的局部投影算法进行了改进.采用自适应调整邻域大小的方法,改善了传统局部投影算法的邻域选择问题;利用局部投影算法中局部协方差矩阵存在特征值突变的现象,有效地解决了信号子空间和噪声子空间的划分难题.以Henon混沌时间序列为仿真模型,对传统的局部投影算法,以及改进后的算法的降噪性能进行了验证比较,结果表明,改进后的算法更加有效地抑制了噪声.     

水下图像基于 GAN 去模糊的增强技术

利用海洋模式FVCOM(FiniteVolume,primitiveequationCommunityOceanModel)建立了一个高分辨率的舟山附近海域潮汐潮流模型,通过与历史实测资料进行对比验证了模型模拟结果的可靠性,表明模型可以较好地描述舟山附近海域潮汐潮流运动状况。基于模型的模拟结果,估算与分析了舟山西堠门水道的潮流能资源,结果表明,西堠门水道的潮流以往复流为主,年平均流速和年最大流速分别超过1.2m/s和2.6m/s,年平均能流密度和年最大能流密度分别超过1.2kW/m2 和6.5kW/m2;西堠门水道的平均流速和平均能流密度存在3处峰值区,其值大小由西北向东南递增;西堠门水道流速和能流密度的季节分布特征相似,1月(冬季)的流速和能流密度最大,4月(春季)和10月(秋季)次之,7月(夏季)最小。结合潮流能发电站选址原则,本文认为册子岛西北岬角处海域可选为西堠门水道潮流能发电站的最佳场址,其总平均功率和有效功率分别为30.0 MW 和4.5 MW,与当前已经运行的潮流能发电站相比较,该选址区域的发电能力较为可观,具有极大开发潜力。     

水下图像基于 GAN 去模糊的增强技术

由于水下环境具有不稳定性,水下图像可能会出现偏色、对比度低以及运动模糊等退化现象。针对这些问题,本文提出了适用于水下图像的增强算法,其实现需要依次经过颜色恢复和去模糊这2个阶段。在第一阶段中,本文增强算法先利用高斯滤波和均值漂移对图像进行锐化;然后,通过对比图像各颜色通道的均值得到补偿值对图像颜色进行校正;最后通过线性拉伸来调整图像的对比度。在第二阶段中,采用带有残差思想的生成对抗网络(GenerativeAdversarialNetworks,GAN),利用9个连续的残差网络能够很好地提取图像中的特征,可起到消除模糊和增强图像特征的作用。利用本文算法处理水下图像时,发现本文方法不仅能去除图像模糊,而且能消除图像的色偏现象且不携带红色伪影。同时,通过对比水下图像质量度量(UnderwaterImageQualityMeasures,UIQM)和水下彩色图像质量评估(UnderwaterColorImageQualityEvaluation,UCIQE)这2项指标发现,本文算法有较好的图像处理效果。     

基于粗糙集理论的水下红外图像增强

图像增强是通过改变图像中某类像素的灰度值,以改变图像视觉效果或为有助于机器自动分割。水下红外图像对比度差,干扰强,为了便于人工判读,在保边去噪的基础上还要进行增强处理。将基于粗糙集理论的中值滤波和增强方法应用于水下红外图像处理中,给出了实验结果。结果表明这种方法具有可行性。     

基于分层图像复原的水下目标距离估计

水下目标的距离估计对于水下作业有着十分重要的意义。目前常用的距离估计方法无论是光测距还是声测距都对于设备有很大的依赖性,本文提出一种基于复原技术的距离估计方法,通过建立水下退化图像的分层复原模型并利用清晰度评价函数,根据对图像清晰复原时的参数估计实现目标距离估计。这种方法紧需要单幅水下图像就可实现目标整体距离估计。文中通过实验验证了该方法的有效性。     

Underwater Acoustic Image Transmission System Based on DSP

The underwater acoustic image transmission system based on the high-speed DSP device TMS320C549 has been studied.We use Goertzel algorithm for source decoding and MFSK for modulation.Turbo code is used for channel coding and decoding.The purpose is to implement underwater video image data transmission.     

基于海洋环境噪声水下探测研究进展

由风、雨、舰船、海洋生物以及工业等因素形成的海洋环境噪声,是海洋中永恒存在的声场,包含频段丰富。无论是在水下目标的主动探测还是被动探测过程中,海洋环境噪声都被认为是水声信道中的干扰因素。但海洋环境噪声包含诸多水体、海面、海底和海洋生物等信息,可以通过反演获取海水、海底等各种信息。概述了国内外基于海洋环境噪声声成像的发展现状,并预测了该领域技术发展趋势。基于海洋环境噪声进行的水下目标探测,在探测开发海洋资源、维护国家主权和国家海洋环境安全等方面具有重要意义。     

基于红色通道注意力机制的水下图像增强

水下图像增强因其在海洋勘测和水下机器人中的重要意义而备受关注。在过去的几年中,已经提出了许多水下图像增强算法。已有的深度学习方法由于忽略水下图像的预处理过程和对红色通道信息的增强或者弱化了这个过程,导致增强结果并不显著,其往往只适应特定的场景,缺乏泛化能力。为此,基于卷积神经网络建立了一种全新的水下图像增强算法,为了充分利用特征图的通道信息,在相同维度的特征图之间采用不同尺寸的卷积核获取更多通道数目的特征。然后,基于红色通道构建了注意力机制,以加强对于图像中容易丢失信息的红色通道的特征提取。最后,在EUVP,UFO120数据集做了消融实验,证明了红色通道注意力机制的有效性。通过对对比实验的增强结果进行各项指标分析,证明增强结果有着更高的结构相似性和峰值信噪比,并且在无参考指标方面有着更高的颜色平衡、清晰度以及对比度,综合性能优于以往的方法。